СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №4/2015

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 48 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2015 I С , мА V СЕ , В 26,5 мкА 23,5 мкА 20,5 мкА 17,5 мкА 14,6 мкА 11,8 мкА 8,65 мкА 5,62 мкА 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 I С , мА V СЕ , В 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 48 мкА 43 мкА 38 мкА 33 мкА 28 мкА 22 мкА 16 мкА 9,8 мкА возможность создания низкотемпера- турных быстродействующих аналого- вых ИС. Однако SiGe HBT не пригодны для синтеза малошумящих усилителей, работающих с высокоимпедансными источниками сигналов. 3. Преимуществом кремниевых ПТП, по сравнению с МДП-транзисторами и GaAs ПТ, является предельно малый уро- вень шумов на частотах менее 10 кГц [3] при сравнимых с МДП-транзисторами величинах входных токов при криоген- ных температурах. Крутизна кремни- евых ПТП увеличивается при умень- шении температуры до –110…–120 ° С, а при дальнейшем понижении темпе- ратуры – уменьшается. Эти особенно- сти ВАХ наблюдаются для ПТП, изго- товленных по разным технологиче- ским маршрутам (см. рис. 11 и 12). Известно, что для ПТП справедливы соотношения [27]: , (2) , (3) где g M – передаточная проводимость (крутизна), I D – ток стока, BETA – коэф- фициент пропорциональности (удель- ная крутизна), μ CH – подвижность основных носителей заряда в канале, ε – относительная диэлектрическая про- ницаемость полупроводника, ε 0 – ди- электрическая проницаемость вакуума, W, L – ширина и длина затвора, соответ- ственно, a – половина толщины токо- проводящей части канала в отсутствие внешнего напряжения. Сравнение кривых на рисунке 12, относящихся к одному и тому же тран- зистору при токах стока, отличающихся в 10 раз, показывает, что во всём диапа- зоне температур отношение крутизны составляет 10, что согласуется с соот- ношением (2). В то же время, сравне- ние кривых, относящихся к транзисто- рам с отличающейся в 10 раз шириной затвора и работающих при одинаковых токах стока, выявило, что крутизна ПТП масштабируется не пропорционально W, что объясняется существованием и температурной зависимостью сопро- тивления полупроводниковой области истока (RS). Так, для схемы с общим истоком , (4) где g MRS – крутизна в схеме с общим истоком с учётом сопротивления истока RS. Следует отметить, что ПТП обычно применяют в качестве охлаждаемого входного транзистора, так как реали- зация функционально законченных аналоговых устройств на их основе затруднена. Продолжение следует. Л ИТЕРАТУРА 1. El-Ghanam S.M. Performance of Electronic Switching Circuits Based on Bipolar Power Transistors at Low Temperature. Cryogenics. Vol. 51. N3. 2011. P. 117–123. 2. Hu J. Low Temperature Effects on CMOS Circuits. www.users.eecs.northwestern.edu/ ~jhu304/files/lowtemp.pdf. 3. Goldberg R.T. Fabrication and Characteriza- tion of Low-Noise Cryogenic Si JFETs. Pro- ceedings Electrochemical Society PV. 95-9. P. 428–439. 4. Kirschman R.K. Low Temperature Electronics. Circuits and Devices. N3. 1990. P. 12–24. 5. Cressler J.D. Low-Temperature Electronics. 6th International Planetary Probe Workshop. Atlanta. Georgia. Short Course on Extreme Environments Technologies. 21.06.2008. 6. Woo J.C.S. Non-ideal Base Current in Bipolar Transistors at Low Temperatures. IEEE Transactions on Electron Devices. Vol. 34. N1. 1987. P. 130–138. 7. Broadbent S.B. CMOS Operation Below Free- zeout. Proceedings of the Workshop on Low Temperature Semiconductor Electronics. 1989. P. 43–47. 8. Patterson R.L. Assessment of Electronics for Cryogenic Space Exploration Missions. Cryogenics. Vol. 46. N2–3. 2006. P. 231–236. 9. Armandillo E. Low Temperature Electronics for Space Applications. Journal de Physique. Vol. 6. 1996. C3. P. 177-185. 10. Ardelean J. Preamplifiers for Room Tem- perature and Cryogenic Calorimetry Appli- cations Based on DMILL Technology. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Vol. A376. 1996. P. 217–224. 11. Woo J.C.S. Optimization of Silicon Bipolar Transistors for High Current Gain at Low Temperatures. IEEE Transactions on Electron Devices. Vol. 35. N8. 1988. P. 1311–1321. 12. Jayadev T.S. Bipolar Transistors for Low Noise, Low Temperature Electronics. Cryogenics. Vol. 30. N2. 1990. P. 137–140. 13. Li Y. The Operation of 0.35 μm Partially Depleted SOI CMOS Technology in Extreme Environments. Solid-State Electronics. Vol. 47. N6. 2003. P. 1111–1115. 14. Goryachev M. Cryogenic Transistor Measu- rement and Modeling for Engineering Applications. Cryogenics. Vol. 50. N6–7. 2010. P. 381–389. 15. Battistoni G. Cryogenic Performance of Monolithic MESFET Preamplifiers for LAr Calorimetry. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Vol. A395. 1997. P. 134–140. 16. Battistoni G. Monolithic GaAs Current- Sensitive Cryogenic Preamplifier for Calorimetry Applications. Nuclear Physics B (Proc. Suppl.). Vol. 61B. 1998. P. 511–519. 17. Buchanan E.D. Cryogenic Applications of Commercial Electronic Components. Cryogenics. Vol. 52. N10. 2012. P. 550–556. 18. Najafizadeh L. SiGe BiCMOS Precision Vol- tage References for Extreme Tempera- ture Range Electronics. Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting. 2006. P. 1–4. 19. Cressler J.D. Operation of SiGe Bipolar Technology at Cryogenic Temperatures. Proceedings of the First European Workshop on Low Temperature Electronics. J. Phys. IV France 04 (1994) C6-101-C6-110. www.dx.doi.org/10.1051/jp4 :1994616. 20. Ferrari G. Measurement Currents Below 4K. Cryogenic Electronics. Milano. Novem- ber 22. 2012. 21. El-Ghanam S.M. Performance of Electronic Switching Circuits Based on Bipolar Power Transistors at Low Temperature. Cryogenics. Vol. 51. N3. 2011. P. 117–123. Рис. 9. Выходная ВАХ в схеме с ОЭ при температуре 300 K для SiGe HBT Рис. 10. Выходная ВАХ в схеме с ОЭ при температуре 43 K для SiGe HBT © СТА-ПРЕСС